Einstein yine haklı çıktı: Uzak süpernovaların hareketleri çok daha yavaş

Bir asırı aşkın süredir bilim insanları Albert Einstein’i yanlışlamaya çalışıyor ancak başarılı oldukları söylenemez. Daha doğrusu bu özel görelilik teorisi için böyle. Bu teoriye göre çok yüksek hızlarda hareket eden nesneler için zaman daha yavaş. Zaman genişlemesi olarak adlandırılan bu durumda ışık hızına yaklaştıkça yoğunluk artıyor ama bu öznel bir durum. Örneğin hızlanan bir uzay gemisindeki yolcular zamanı normal yaşarken dışarıdan bakanlar uzay gemisinin ışık hızını yakalarken giderek yavaşladığını görecektir. Her ne kadar mantığa aykırı bir söylemmiş gibi görünse de bu aslında Dünya’nın yörüngesindeki uydulardan uzak galaksilere kadar birçok cismin hareketinde test edilip teyit edildi.

Şimdi bilim insanları evrendeki 1500’den fazla süpernovayı gözlemleyerek bu deneyleri bir adım ileri taşıdı ve zamanın genişlemesinin etkilerinin kozmik boyutunu ortaya koydu. Araştırmacıların elde ettikleri bulgular öncekilerden çok da farklı değildi. Çalışmanın yazarlarından ve Sydney Üniversitesi’nden Geraint Lewis Scientific American’a verdiği demeçte “Einstein bir kez daha haklı çıktı” dedi.

Bu ayın başlarında arXiv’de yayınlanan makalede Queensland Üniversitesi’nden Ryan White ve ekibi zaman genişlemesini araştırmak için Karanlık Enerji Araştırması’ndan (DESI) elde edilen verileri kullandı. Son 10 yıldır DESI’deki araştırmalara dahil olan bilim insanları Şili’deki Cerro Tololo Gözlemevi’ndeki Victor M. Blanco Teleskobu’nu kullanarak milyarlarca yıl içinde patlayan yıldızları inceledi.

DESI araştırmacılarının bu genişçe veri setiyle amaçladığı karanlık enerjiyle yönlendiriliyormuş gibi görünen evrenin genişlemesindeki hızlanmayı daha iyi anlamamızı sağlamak. Araştırmacılar daha önce bu veri setini kullanarak evrenin genişlemesindeki hızlanmanın zaman içinde değişiyor olabileceğini iddia etmişti ki o haberi de 10Haber’de sizlerle paylaşmıştık.

10’ca bilim arasından: Kozmolojinin bir büyük krizi var, karanlık enerjiyi bunca zaman yanlış mı anladık?

Evrenin genişlemesini incelemek bilim insanlarına zamanın genişlemesini incelemek için de yeni bir fırsat sundu. Genişlemenin bir sonucu olarak uzağımızdaki nesneler yakın olanlardan çok daha hızlıymış gibi görünüyor. Yani araştırmacılar evrenin derinine indikçe gözlemledikleri süpernovaların zaman genişlemesinden çok daha güçlü bir şekilde etkilenmesi gerekiyordu. Çalışmanın yazarlarından ve Queensland Üniversitesi’nde çalışan Tamara Davis “Eğer bundan farklı bir şey görseydik bu, kozmolojinin temellerinde cidden bir sorun olduğu anlamına gelirdi. Zamanın genişlediğini görebilmiş olmak hoşuma gidiyor” diyor.

Kırmızıya kayma ne anlama geliyor?

Şimdi gelelim bilim insanlarının verileri nasıl okuduğuna. Bir süpernovanın parlama ve solma süresi kırmızıya kayma değeri (z) ile orantılı olarak 1+z faktörü kadardır. Buradaki z, süpernovanın kırmızıya ne kadar kaydığını gösterir; yani bu süpernovanın yaydığı ışığın dalga boyunun dünyaya ulaşırken ne kadar uzadığının ölçüsüdür. Koyu kırmızılar daha büyük kozmik mesafelere işaret eder. Lewis “Genişleyen bir evrende yaşıyoruz ve bunun sonuçlarından biri evrenin daha uzak kısmının bugün gözlemlediğimiz evrene kıyasla yavaş hareket ediyormuş gibi görmemiz” diye belirtiyor.

Yakın evrendeki cisimlerin kırmızıya kayışı sıfıra yakındır; bu nedenle zaman genişlemesinin etkisi de son derece azdır. Ancak 13,8 milyar yaşındaki evren çok büyük; mesela James Webb Uzay Teleskobu kısa süre önce Büyük Patlama’dan sadece 290 milyon yıl sonra ortaya çıkmış bir galaksiyi keşfetti ve galaksinin kırmızıya kayma ölçüsü 14,32’ydi. Normalde bir süpernovanın ilk parlayışından son parlayışına geçişi üç ay kadar sürer, ama işin içine zaman genişlemesi girdiğinde süpernovanın kırmızıya kayması parlamasının uzunluğunu iki katına çıkmış gibi gösterebilir.

Yeni zorluklar doğuruyor

Evrendeki zaman genişlemesi ölçülmesi kolay bir şey değil. Bilim insanları şimdiye kadar gama ışını patlamalarını ve süper kütleli kara deliklerin çevresindeki sıcak ve parlak kuasarları inceleyerek ölçmeye çalıştı. Ancak süpernovalar kuasarlardan çok daha öngörülebilir ve kararlı yapıda olduğu için daha doğru bir araştırma sonucu sunuyor. İşte White kullandığı veri setiyle süpernovaların kırmızıya kayma değerinin 1,2 olduğunu gözlemledi. Bu da evrenin yaklaşık beş milyar yıl önceki haline denk geliyor. Yani bu süpernovalar beş milyar yıl önce yayılmaya başladığını ve o zamandan beri yol alarak bize ulaştığını gösteriyor.

White’ın çalışması daha önceki çalışmalardan yedi kat daha hassas olması nedeniyle daha güvenilir. Bununla birlikte her yeni teyit ve keşif ortaya yeni zorluklar çıkarıyor. JWST yakın zamanda kırmızıya kayışı 2,9 olan, Büyük Patlama’dan yaklaşık iki milyar yıl sonra meydana gelmiş bir süpernovayı gözlemledi. Bu şimdiye kadar görülen en uzak süpernova. Süpernovanın kırmızıya kayışı iki olduğu için üçle çarptığımızda süpernovanın parlamasının dokuz ay ila bir yıl arasında süreceğini gösteriyor. Ama daha yüksek zaman kaymalarında yıllarca sürecek bir zaman dilimlerinden bahsetmek gerekiyor. Örneğin kırmızıya kayma değeri 10 olan bir süpernovanın parlama ve sönme süresinin Dünya’dan gözlemlenmesi dört yıl sürecektir.. Yani evrenin erken dönemlerindeki süpernovaları tespit edip analiz etmek bilim insanlarının işini zorlaştıracak bir durum.

Karanlık maddenin gizemine bir yanıtımız olabilir, hem de yancısıyla birlikte